專利名稱：一種基于工業(yè)過程數(shù)據(jù)的報警限自學(xué)習(xí)系統(tǒng)的方法
一種基于工業(yè)過程數(shù)據(jù)的報警限自學(xué)習(xí)系統(tǒng)的方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于工業(yè)制造業(yè)自動化技術(shù)領(lǐng)域，特別是提供了一種基于工業(yè)過程數(shù)據(jù)的報警限自學(xué)習(xí)系統(tǒng)的方法，以達(dá)到在生產(chǎn)領(lǐng)域中為更準(zhǔn)確地對生產(chǎn)狀態(tài)進(jìn)行預(yù)報而智能修正報警限的目的。
背景技術(shù)：
在當(dāng)前工業(yè)制造業(yè)中，生產(chǎn)過程非常復(fù)雜，在生產(chǎn)過程中不可避免會出現(xiàn)各種突發(fā)性生產(chǎn)故障和錯誤，為了有效地捕獲和展示這些信息，大都引入了計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，在監(jiān)控系統(tǒng)中一般都內(nèi)置了報警模塊用來捕獲生產(chǎn)異常信息，為生產(chǎn)調(diào)度人員提供警示，讓他們及時采取措施對工藝設(shè)備和生產(chǎn)節(jié)奏進(jìn)行合理的調(diào)整，避免發(fā)生生產(chǎn)事故導(dǎo)致?lián)p失。一種常用的報警規(guī)則是人工根據(jù)數(shù)據(jù)的變化范圍將整個報警區(qū)域劃分為若干區(qū)間，當(dāng)前數(shù)據(jù)在不同的區(qū)間顯示不同的狀態(tài)，不同的狀態(tài)提供不同的警示功能。一種常見的劃分報警限的方法是先制定四個閥值，分別為高報限H(也稱上限)、高高報限HH(也稱上超限)、低報限L(也稱下限)、低低報限LL(也稱下超限)，然后根據(jù)四個閥值將數(shù)據(jù)劃分為五個區(qū)
1、正常區(qū)。低報閥值到高報閥值之間的數(shù)據(jù)為正常區(qū)；
2、高報區(qū)。大于高報小于高高報閥值之間的數(shù)據(jù)為高報區(qū)；該區(qū)屬于普通報警區(qū)， 也叫黃區(qū)，也稱預(yù)報警狀態(tài)；
3、高高報區(qū)。大于高高報閥值的數(shù)據(jù)為高高報區(qū)，屬于危險區(qū)，需要采取措施，也叫紅區(qū)；
4、低報區(qū)。小于低報閥值大于低低報閥值之間的數(shù)據(jù)為低保區(qū)；該區(qū)屬于普通報警區(qū)黃區(qū)，也稱預(yù)報警狀態(tài)；
5、低低報區(qū)。小于低低報閥值的數(shù)據(jù)為低低報區(qū)。和高高報區(qū)一樣同屬危險區(qū)， 需要調(diào)度人員采取措施，也屬于紅區(qū)。
概括起來，報警限可以使用一個四元組(LL，L，H，HH)來表示，小于LL的數(shù)據(jù)區(qū)域為低低報區(qū)，大于等于LL小于L的區(qū)域是低報區(qū)，大于等于L小于等于H的區(qū)域為正常區(qū)， 大于H小于等于HH的區(qū)域為高報區(qū)，大于HH的區(qū)域為高高報區(qū)。
報警的數(shù)據(jù)來源是工業(yè)過程數(shù)據(jù)，主要是工業(yè)生產(chǎn)中的實時數(shù)據(jù)，還有來自ERP 和MES系統(tǒng)中的生產(chǎn)狀態(tài)數(shù)據(jù)等。
在實際的生產(chǎn)過程中，為了幫助生產(chǎn)調(diào)度人員合理地判斷生產(chǎn)過程中出現(xiàn)的問題，及時采取有效的措施，合理地設(shè)置每個報警限非常重要。報警點的各個限值一般是根據(jù)工藝經(jīng)驗或者人工設(shè)定的，和實際的數(shù)據(jù)波動情況比較常有一定的誤差。生產(chǎn)設(shè)備的工藝數(shù)據(jù)的波動曲線所受的影響因子很多，單純根據(jù)人工設(shè)定參數(shù)進(jìn)行預(yù)報，在某些時候數(shù)據(jù)的狀態(tài)并不能真實反映報警狀態(tài)，可能會發(fā)生假報警或者給出錯誤的報警提示，影響系統(tǒng)調(diào)度人員對系統(tǒng)狀態(tài)的判斷，可能會打亂正常的生產(chǎn)節(jié)奏，為正常的生產(chǎn)經(jīng)營活動帶來不利的影響。
一種計算計算機(jī)報警限的方法是離線方法。該方法需要報警點過去歷史數(shù)據(jù)的所有實時狀態(tài)值，這些數(shù)據(jù)可以脫離具體的工業(yè)信息系統(tǒng)，可在計算之前預(yù)先從工業(yè)數(shù)據(jù)庫或者專門的監(jiān)控系統(tǒng)中加載該報警點一段時期的所有實時數(shù)據(jù)再進(jìn)行計算。該方法的缺點是需要一次加載全部的離線數(shù)據(jù)，占用的計算機(jī)資源開銷比較大，而且由于數(shù)據(jù)點比較多， 計算速度比較慢，在實際的工業(yè)現(xiàn)場，檢測的數(shù)據(jù)點很多，要求比較高的計算速度，離線計算方法效率很低。
在工業(yè)現(xiàn)場需要對計算機(jī)報警限進(jìn)行實時的計算和預(yù)報，為了達(dá)到比較高的處理速度和較好的準(zhǔn)確性，必須要處理即時的在線數(shù)據(jù)，而且對于報警限的計算需要采用周期性增量式的學(xué)習(xí)方法來完成。報警限自學(xué)習(xí)的概念就是按照一定的周期和頻率計算與報警限相關(guān)的一些統(tǒng)計量，在周期結(jié)束的時候根據(jù)上次的計算結(jié)果和本次的中間結(jié)果計算得出本周期的各個報警限的值，到下個周期開始的時候又可以使用本輪的計算結(jié)果進(jìn)行初始化，執(zhí)行新一輪的計算。通過自學(xué)習(xí)方法，可以更智能對報警限進(jìn)行調(diào)整，即時反映系統(tǒng)狀態(tài)變化的規(guī)律，為生產(chǎn)過程預(yù)測和調(diào)度提供指導(dǎo)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種基于工業(yè)過程數(shù)據(jù)的報警限自學(xué)習(xí)系統(tǒng)的方法，解決了人工方式設(shè)定報警限的局限性，實現(xiàn)在線計算報警限的方法。計算機(jī)可以按照一定周期 (如一個小時)記錄對報警點的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計并存儲統(tǒng)計數(shù)據(jù)；在一個比較長的周期(比如一個月)周期結(jié)束時刻讀取所有小區(qū)間的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，結(jié)合上次計算的報警限數(shù)據(jù)，計算得到新的報警限，作為下一期報警狀態(tài)計算和判斷的基礎(chǔ)。通過這種方式，可以確保計算機(jī)報警限的設(shè)定體現(xiàn)了報警點數(shù)據(jù)的正常波動情況，為科學(xué)設(shè)定合理的報警限信息提供參考。
本發(fā)明的主要思想是將數(shù)據(jù)根據(jù)不同的算法規(guī)則分成不同的區(qū)間，然后按照一定周期計算數(shù)據(jù)累計量和數(shù)據(jù)落在每個區(qū)間的頻度值，然后按照這個周期持續(xù)運行，直到一個大的周期的結(jié)束(比如一個月的月底)計算得到整個大周期(月)的累計值和每個區(qū)間的數(shù)據(jù)分布情況，然后可以使用算法根據(jù)累計數(shù)據(jù)和頻次數(shù)據(jù)計算報警限信息。
本系統(tǒng)按照一定周期(比如一個月)周而復(fù)始地執(zhí)行下面三個階段的操作
1、初始化階段；
在初始化階段初始化各種參數(shù)信息和為了計算報警限的各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。在初始化的時候需要做下面幾件事情
(1)從上個周期的計算結(jié)果讀取報警點基本統(tǒng)計信息。包括報警點名稱、統(tǒng)計時間、初始最大值、初始最小值、初始平均值、點數(shù)；如果當(dāng)前周期是計算的第一個周期，這些參數(shù)信息需要預(yù)先人工輸入；
(2)讀取初始化參數(shù)。
初始化參數(shù)包括實時數(shù)據(jù)的采樣頻率和存儲頻率，數(shù)據(jù)分區(qū)數(shù)，還有一些算法參數(shù)等各種參數(shù)信息，計算參數(shù)需要保存在專門的配置文件中，在系統(tǒng)初始化的時候載入。
(3)初始化數(shù)據(jù)分區(qū)信息。包括分區(qū)方法(例如可以根據(jù)正態(tài)分布的方法將數(shù)據(jù)分解為四個區(qū)間，也可以根據(jù)上期的最大最小值將數(shù)據(jù)區(qū)分均分為指定個數(shù)的區(qū)間)； 分區(qū)數(shù)，將整個數(shù)據(jù)分布的全區(qū)間按照分區(qū)數(shù)平均分布為多個區(qū)間，每個區(qū)間都可以計算得到開始值和結(jié)束值；為每個區(qū)間分配一個索引，以(最大值+最小值)/2作為中間值，在該中間值之上的索引為正，之下的索引為負(fù)。在實際劃分區(qū)間的時候考慮到數(shù)據(jù)異常的情況需要將區(qū)間再往外延展幾個分區(qū)并分配索引號，然后對于最大值以上的數(shù)據(jù)區(qū)間索引號為上半部最大索引號加1，最小值以下的數(shù)據(jù)區(qū)域的索引號為下半部索引號減1。在有了分區(qū)信息之后就可以計算各個區(qū)間的數(shù)據(jù)分布。通過對分區(qū)信息進(jìn)行擴(kuò)展，可以盡可能的將所有數(shù)據(jù)包括在各個分區(qū)中，對于報警區(qū)間的統(tǒng)計就可以更加科學(xué)。
2、周期中運行階段。在該階段，在對輸入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)在進(jìn)行合理的過濾之后，
按照一個小周期執(zhí)行計算。
(1)數(shù)據(jù)點按照小周期(比如一個小時)的累計數(shù)據(jù)的計算。累計數(shù)據(jù)包括下面這些信息
數(shù)據(jù)點的和值(SUM)。這個和值為一個周期內(nèi)所有實時點的數(shù)據(jù)帶符號數(shù)據(jù)累加之和；
帶絕對值的和值(ABS_SUM)。這個和值為一個周期所有實時點的數(shù)據(jù)取絕對值累加之和。
平方和的累計(SQU_SUM)。這個和值為一個周期內(nèi)所有數(shù)據(jù)點的平方的累計之和。
點數(shù)累計(COUNT)。這個和值為一個周期內(nèi)所有數(shù)據(jù)點的個數(shù)。
(2)計算數(shù)據(jù)分布信息。在系統(tǒng)初始化的時候
按照初始化階段確定的周期信息計算在不同數(shù)據(jù)分區(qū)的數(shù)據(jù)頻度。每來一個數(shù)據(jù)，判斷該數(shù)據(jù)的值落在哪個區(qū)間之中，對該區(qū)間的數(shù)據(jù)計數(shù)值完成加1操作。這樣，在周期結(jié)束的時候可以按照每個小周期累計求的在大周期的每個區(qū)間的頻度值。
3、周期結(jié)束數(shù)據(jù)匯總階段。在該階段首先執(zhí)行數(shù)據(jù)匯總工作。執(zhí)行下面三類數(shù)據(jù)的匯總
所有的累計量數(shù)據(jù)的匯總。對于在周期中運行階段得到的和值、平方和值、點數(shù)和值求和，就可以得到整個大周期的和值、平方和值、點數(shù)和值，通過標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)公式，可以算出整個區(qū)間的最大值、最小值、算術(shù)平均值、方差、數(shù)據(jù)點數(shù)；
然后按照所有數(shù)據(jù)區(qū)間的頻次數(shù)據(jù)執(zhí)行按區(qū)間分類匯總操作。對于周期中計算得到的各個區(qū)間的數(shù)據(jù)頻次信息按照各個區(qū)間進(jìn)行分類統(tǒng)計，即可得到整個數(shù)據(jù)區(qū)間的數(shù)據(jù)分布信息，每個區(qū)間的點數(shù)除以所有點數(shù)即為該區(qū)間的數(shù)據(jù)概率分布。
然后根據(jù)數(shù)據(jù)概率分布計算報警限信息。
一種最基本的計算報警限的算法是根據(jù)最大、最小值和方差進(jìn)行計算，比如最大值簡稱為MAX，最小值簡稱為MIN，算術(shù)平均值為AVG，方差為SIGMA，則最后的報警限為 (AVG-3SIGMA, AVG-2SIGMA, AVG+2SIGMA, AVG+3SIGMA)。這種算法是基于數(shù)據(jù)為的正態(tài)分布的前提而設(shè)的，在實際操作中，工業(yè)現(xiàn)場的數(shù)據(jù)變化過濾并不能滿足理想的正態(tài)分布，需要結(jié)合當(dāng)前的數(shù)據(jù)的經(jīng)驗分布修改報警限。
本發(fā)明所述的根據(jù)數(shù)據(jù)頻度計算報警限的步驟如圖1所示，包含下面幾個步驟
(1)首先通過人工或者經(jīng)驗確定上下限，上下超限的閥值，這個閥值的含義是對于每個報警限中數(shù)據(jù)的概率分布給出一個范圍，比如要讓95%的數(shù)據(jù)落在上下限內(nèi)，5%的數(shù)據(jù)落在上下限和上下超限的范圍內(nèi)，0. 25%以下的數(shù)據(jù)落在上超限以上、下超限以下的范圍內(nèi)，這個區(qū)間默認(rèn)按照正態(tài)分布的規(guī)則確定，具體可由人工和經(jīng)驗確定，為了方便起見， 這三個值分別定義為Al，A2，A3。在計算上下限、上下超限的時候，對應(yīng)報警區(qū)間中的數(shù)據(jù)概率分布要盡量接近閥值。
(2)在前面我們使用上次計算的最大(MAXO)、最小值(MINO)，分區(qū)數(shù)(N)來劃分整個區(qū)間，得到分區(qū)步長STEP = (ΜΑΧ0-ΜΙΝ0)/N，N—般為偶數(shù)，定義N2 = N/2。為了保證區(qū)間的有效性，我們對于最大值和最小值分別擴(kuò)展了幾個分區(qū)。定義該擴(kuò)展分區(qū)數(shù)為MjiS 的索引號區(qū)間為(N2，N2+M-1)和(42-11+1，-幻，剩下的數(shù)據(jù)區(qū)間的索引號分別為-^+擬) 和M+N2。然后初始化報警限信息為一個四元組(LL，L，H，HH) = (MIN0_M*STEP，MINO，MAXO， MM0+M*STEP)。
(3)然后開始執(zhí)行循環(huán)進(jìn)行計算?，F(xiàn)在計算低報和低低報限，設(shè)置初始的分區(qū)索引號INDEX為-(M+N2)，終止索引號為-1。在循環(huán)中不斷執(zhí)行INDEX自加一操作，計算累計頻度P。如果P > = A3/2，則得到低低限LL = (ΜΙΝ0+ΜΑΧ0) /2+INDEX*STEP,對應(yīng)的數(shù)據(jù)頻度然后將累計頻度P置為零；如果P>=A2/2或者(P+P_LL) >= (A2+A3)/2，則得到低報限 L = (MIN0+MAX0)/2+INDEX*STEP。
對于計算高報和高高報限，設(shè)置初始的分區(qū)索引號INDEX為(M+N2)，終止索引號為1。在循環(huán)中不斷執(zhí)行INDEX自減1操作，計算累計頻度P。如果P > = A3/2，則得到高高限 HH= (MINO+MAXOVZ+INDEX^STEP，對應(yīng)的數(shù)據(jù)頻度為P_HH然后將累計頻度P置為零；如果 P>=A2/2 或者(P+P_HH) >= (A2+A3)/2，則得到高限 H = (ΜΙΝ0+ΜΑΧ0)/2+INDEX*STEP。
(4)報警限修正?？紤]到很多數(shù)據(jù)分布一般都滿足一個正態(tài)分布的規(guī)律，如果在統(tǒng)計計算時報警限重疊在一起，比如高高報和高報限相差很小，需要使用正態(tài)分布的對應(yīng)計算結(jié)果對上下超限進(jìn)行適當(dāng)?shù)臄U(kuò)展得到最終的報警限。若本次計算得到的報警限相比歷史報警限相差很大，有可能是數(shù)據(jù)異常或者儀表異常，則需要結(jié)合數(shù)據(jù)情況具體分析決定是否采用本次計算結(jié)果，或者使用歷史的報警限計算結(jié)果取平均對本次結(jié)果進(jìn)行修正；本系統(tǒng)一般和監(jiān)控系統(tǒng)和管理系統(tǒng)結(jié)合使用，對于數(shù)據(jù)標(biāo)簽也經(jīng)常人工定義了報警限，在某些情況下用戶希望計算得到的報警限接近監(jiān)控系統(tǒng)標(biāo)簽的報警限，也需要對該報警限進(jìn)行修正。報警限修正的方法可以由用戶自己定義，可以根據(jù)實際情況動態(tài)調(diào)整修正因子，達(dá)到和實際工藝和生產(chǎn)情況結(jié)果一致的計算結(jié)果。
在報警限信息計算完畢之后，需要對該計算得到的報警限和每個限的頻度進(jìn)行存儲，供下個大周期的計算使用。
如圖2所示，報警限自學(xué)習(xí)系統(tǒng)總共包括了六大模塊周期初始化模塊、小周期累積量統(tǒng)計模塊、小周期頻次信息統(tǒng)計模塊、大周期累計信息處理模塊、報警限計算模塊、報警限信息和周期信息存儲模塊。
周期初始化模塊初始化所有的變量，準(zhǔn)備一個大周期的所有數(shù)據(jù)計算工作；
小周期累計量統(tǒng)計模塊統(tǒng)計標(biāo)簽每個小周期的累計量；
小周期頻次信息統(tǒng)計模塊；在每個小周期除了統(tǒng)計累計量信息以外還需要統(tǒng)計按照所有區(qū)間分布的頻次信息；
大周期累計信息處理模塊在周期結(jié)束，需要按照周期合并整個區(qū)間計算得到累計信息值和每個小區(qū)間的頻次信息值；
報警限算法模塊執(zhí)行報警限的最終計算，并向數(shù)據(jù)庫或者其他存儲介質(zhì)存儲最新的報警信息和最大值、最小值、平均值、方差等統(tǒng)計信息，作為下一個大周期計算新的報警限的算法的基礎(chǔ)。
本發(fā)明的優(yōu)點和創(chuàng)新點
1、本發(fā)明提出了一種在線報警限自學(xué)習(xí)的系統(tǒng)和方法。優(yōu)點在于報警限的計算是由系統(tǒng)按照一個周期自動完成的，在每個小周期內(nèi)只需要計算當(dāng)前周期的累積量的累計值和各個分區(qū)的頻度值，不需要記錄每個實時數(shù)據(jù)的當(dāng)前值，在大周期結(jié)束的時候執(zhí)行計算的時候就可以采用每個小周期計算的中間結(jié)果進(jìn)行計算，降低了大周期計算的時間負(fù)荷；下個周期的數(shù)據(jù)計算可以采用本周期的計算結(jié)果，使得對于報警限的計算值有連續(xù)性， 提高了報警分區(qū)信息計算的穩(wěn)定性；
2、在本發(fā)明中，使用基本的正態(tài)分布算法和基于數(shù)據(jù)區(qū)間頻度統(tǒng)計的報警限算法結(jié)合計算報警限和對應(yīng)區(qū)間的數(shù)據(jù)頻度；最大值和最小值采用上一次計算的結(jié)果，平均值、 方差采用當(dāng)前周期的計算結(jié)果。在基于數(shù)據(jù)頻度的算法中，在劃分?jǐn)?shù)據(jù)區(qū)間的時候，考慮到數(shù)據(jù)區(qū)間的異常情況，對于整個數(shù)據(jù)區(qū)域分別向上部和下部擴(kuò)展了幾個數(shù)據(jù)區(qū)間，在小周期的計算過程中也計算這些數(shù)據(jù)區(qū)間的分布，在報警限計算過程這些擴(kuò)展區(qū)間也納入整體的計算中，提高了計算的準(zhǔn)確性。在報警限結(jié)果異常的時候，使用正態(tài)分布的計算結(jié)果修正。
3、在數(shù)據(jù)存儲的時候，需要在每個小周期結(jié)束的時候存儲累計量和頻次信息的中間結(jié)果信息，在周期結(jié)束的時候予以刪除，通過合理地劃分小周期區(qū)間，可以有效低降低數(shù)據(jù)負(fù)荷，提高系統(tǒng)的運行效率。


圖1為根據(jù)數(shù)據(jù)頻度計算報警限的流程圖。
圖2為報警限自學(xué)習(xí)模塊圖。
具體實施方式
下面給出本發(fā)明的具體實施方法。報警限計算的輸入數(shù)據(jù)一般來自工業(yè)現(xiàn)場的實時數(shù)據(jù)，5秒一次或者10秒一次的數(shù)據(jù)即可，不要太高頻率的數(shù)據(jù)。一般情況下小周期的計算1小時執(zhí)行一次，大周期1個月執(zhí)行一次。
在初始化階段需要初始化如下計算參數(shù)的值
數(shù)據(jù)采樣頻率默認(rèn)5 10秒
數(shù)據(jù)分區(qū)數(shù)默認(rèn)20
擴(kuò)展分區(qū)數(shù)默認(rèn)3 (上下各擴(kuò)展三個區(qū)間)
上下超限報警區(qū)間數(shù)據(jù)閥值默認(rèn)0. 25%
上下限報警區(qū)間數(shù)據(jù)閥值默認(rèn)5%
正常數(shù)據(jù)區(qū)間(從低限到高限之間)數(shù)據(jù)閥值默認(rèn)95%
在小周期執(zhí)行階段(1小時執(zhí)行一次)需要執(zhí)行下列基本數(shù)據(jù)的累計值
(最大值，最小值、和值、平方和值、本周期數(shù)據(jù)點數(shù))。
在大周期執(zhí)行階段基本數(shù)據(jù)的匯總和報警限的計算，匯總得到的數(shù)據(jù)包括
(最大值、最小值、平均值、方差，總的數(shù)據(jù)點數(shù))。
實時數(shù)據(jù)的輸入主要來自監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)。
計算報警限輸出結(jié)果包括報警限的具體設(shè)定(LL，L，H，HH)和每個區(qū)間的頻度值。數(shù)據(jù)存儲方式主要是關(guān)系數(shù)據(jù)庫。
在大周期執(zhí)行完畢之后需要使用本次計算得到的最大最小值初始化下次的計算參數(shù)。
權(quán)利要求
1. 一種基于工業(yè)過程數(shù)據(jù)的報警限自學(xué)習(xí)系統(tǒng)的方法，其特征在于，包括以下步驟 初始化階段在初始化階段初始化各種參數(shù)信息和計算報警限的各種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(1)從上個周期的計算結(jié)果讀取報警點基本統(tǒng)計信息包括報警點名稱、統(tǒng)計時間、 初始最大值、初始最小值、初始平均值、點數(shù)；當(dāng)當(dāng)前周期是計算的第一個周期時，這些參數(shù)信息需要預(yù)先人工輸入；(2)讀取初始化參數(shù)包括實時數(shù)據(jù)的采樣頻率和存儲頻率，數(shù)據(jù)分區(qū)數(shù)，還有一些算法參數(shù)，計算參數(shù)需要保存在專門的配置文件中，在系統(tǒng)初始化的時候載入；(3)初始化數(shù)據(jù)分區(qū)信息包括分區(qū)方法、分區(qū)數(shù)，將整個數(shù)據(jù)分布的全區(qū)間按照分區(qū)數(shù)平均分布為多個區(qū)間，每個區(qū)間都可以計算得到開始值和結(jié)束值；為每個區(qū)間分配一個索弓丨，以(最大值+最小值)/2作為中間值，在該中間值之上的索引為正，之下的索引為負(fù)；在實際劃分區(qū)間的時候考慮到數(shù)據(jù)異常的情況需要將區(qū)間再往外延展幾個分區(qū)并分配索引號，然后對于最大值以上的數(shù)據(jù)區(qū)間索引號為上半部最大索引號加1，最小值以下的數(shù)據(jù)區(qū)域的索引號為下半部索引號減1 ；在有了分區(qū)信息之后就能計算各個區(qū)間的數(shù)據(jù)分布；通過對分區(qū)信息進(jìn)行擴(kuò)展，將所有數(shù)據(jù)包括在各個分區(qū)中，對于報警區(qū)間的統(tǒng)計就更加科學(xué)；周期中運行階段在該階段，在對輸入系統(tǒng)的數(shù)據(jù)在進(jìn)行合理的過濾之后，按照一個小周期執(zhí)行計算(1)數(shù)據(jù)點按照小周期的累計數(shù)據(jù)的計算，累計數(shù)據(jù)包括下面這些信息數(shù)據(jù)點的和值SUM 這個和值為一個周期內(nèi)所有實時點的數(shù)據(jù)帶符號數(shù)據(jù)累加之和； 帶絕對值的和值A(chǔ)BS_SUM:這個和值為一個周期所有實時點的數(shù)據(jù)取絕對值累加之和；平方和的累計SQU_SUM 這個和值為一個周期內(nèi)所有數(shù)據(jù)點的平方的累計之和； 點數(shù)累計COUNT 這個和值為一個周期內(nèi)所有數(shù)據(jù)點的個數(shù)；(2)計算數(shù)據(jù)分布信息在系統(tǒng)初始化的時候按照初始化階段確定的周期信息計算在不同數(shù)據(jù)分區(qū)的數(shù)據(jù)頻度，每來一個數(shù)據(jù)，判斷該數(shù)據(jù)的值落在哪個區(qū)間之中，對該區(qū)間的數(shù)據(jù)計數(shù)值完成加1操作；這樣，在周期結(jié)束的時候可以按照每個小周期累計求的在大周期的每個區(qū)間的頻度值。 周期結(jié)束數(shù)據(jù)匯總階段在該階段首先執(zhí)行數(shù)據(jù)匯總工作，執(zhí)行下面三類數(shù)據(jù)的匯總 所有的累計量數(shù)據(jù)的匯總對于在周期中運行階段得到的和值、平方和值、點數(shù)和值求和，就得到整個大周期的和值、平方和值、點數(shù)和值，通過標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)公式，算出整個區(qū)間的最大值、最小值、算術(shù)平均值、方差、數(shù)據(jù)點數(shù)；然后所有數(shù)據(jù)區(qū)間的頻次信息分類匯總對于周期中計算得到的各個區(qū)間的數(shù)據(jù)頻次信息按照各個區(qū)間進(jìn)行分類統(tǒng)計，得到整個數(shù)據(jù)區(qū)間的數(shù)據(jù)分布信息，每個區(qū)間的點數(shù)除以所有點數(shù)即為該區(qū)間的頻次概率分布； 然后根據(jù)數(shù)據(jù)頻度計算報警限信息最基本的計算報警限的算法是根據(jù)最大、最小值和方差進(jìn)行計算，最大值簡稱為MAX， 最小值簡稱為MIN，算術(shù)平均值為AVG，方差為SIGMA，則最后的報警限為(AVG-2SIGMA，AVG-SIGMA, AVG+SIGMA, AVG+SIGMA)；這種算法是基于數(shù)據(jù)為的正態(tài)分布的前提而設(shè)的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，報警限自學(xué)習(xí)系統(tǒng)總共包括六個模塊周期初始化模塊、小周期累積量統(tǒng)計模塊、小周期頻次信息統(tǒng)計模塊、大周期累計信息處理模塊、報警限計算模塊、報警限信息和周期信息存儲模塊；周期初始化模塊初始化所有的變量，準(zhǔn)備一個大周期的所有數(shù)據(jù)計算工作；小周期累計量統(tǒng)計模塊統(tǒng)計標(biāo)簽每個小周期的累計量；小周期頻次信息統(tǒng)計模塊；在每個小周期除了統(tǒng)計累計量信息以外還需要統(tǒng)計按照所有區(qū)間分布的頻次信息；大周期累計信息處理模塊；在周期結(jié)束，需要按照周期合并整個區(qū)間計算得到累計信息值和每個小區(qū)間的頻次信息值；調(diào)用算法模塊執(zhí)行報警限的最終計算；向數(shù)據(jù)庫或者其他存儲介質(zhì)存儲最新的報警信息和最大值、最小值、平均值、方差等統(tǒng)計信息，作為下一個大周期計算新的報警限的算法的基礎(chǔ)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的根據(jù)數(shù)據(jù)頻度計算報警限信息包括以下步驟(1)通過人工或者經(jīng)驗確定上下限，上下超限的閥值，這個閥值的含義是對于每個報警限中數(shù)據(jù)的概率分布給出一個范圍，要讓80%的數(shù)據(jù)落在上下限內(nèi)，15%的數(shù)據(jù)落在上下限和上下超限的范圍內(nèi)，5%以下的數(shù)據(jù)落在上超限以上、下超限以下的范圍內(nèi)，這三個值分別定義為Al，A2，A3 ；在計算上下限、上下超限的時候，報警限中的數(shù)據(jù)概率分布要盡量接近閥值；(2)在使用上次計算的最大ΜΑΧ0、最小值ΜΙΝ0，分區(qū)數(shù)N來劃分整個區(qū)間，得到分區(qū)步長STEP = (ΜΑΧ0-ΜΙΝ0)/N, N為偶數(shù)，定義N2 = N/2 ；為了保證區(qū)間的有效性，對于最大值和最小值分別擴(kuò)展了幾個分區(qū)；定義該擴(kuò)展分區(qū)數(shù)為M，對應(yīng)的索引號區(qū)間為(N2，N2+M-1) 和(-N2-M+1，-N)，剩下的數(shù)據(jù)區(qū)間的索引號分別為-(M+N2)和M+N2 ；然后初始化報警限信息為一個四元組(LL，L, H, HH) = (MIN0-M*STEP，MINO, MAXO, MAX0+M*STEP)；(3)開始執(zhí)行循環(huán)進(jìn)行計算計算低報和低低報限，設(shè)置初始的分區(qū)索引號INDEX 為-(M+N2)，終止索引號為-1 ；在循環(huán)中不斷執(zhí)行INDEX自加一操作，計算累計頻度P ；如果 P > = A3/2,則得到低低限LL = (ΜΙΝ0+ΜΑΧ0) /2+INDEX*STEP,對應(yīng)的數(shù)據(jù)頻度為P_LL然后將累計頻度P置為零；如果P > = A2/2或者(P+P_LL) > = (A2+A3) /2，則得到低報限L = (ΜΙΝ0+ΜΑΧ0)/2+INDEX*STEP ；對于計算高報和高高報限，設(shè)置初始的分區(qū)索引號INDEX為(M+N2)，終止索引號為1 ； 在循環(huán)中不斷執(zhí)行INDEX自減1操作，計算累計頻度P ；如果P >= A3/2，則得到高高限HH =(ΜΙΝ0+ΜΑΧ0) /2+INDEX*STEP，對應(yīng)的數(shù)據(jù)頻度為P_HH然后將累計頻度P置為零；如果P >=A2/2 或者(P+P_HH) >= (A2+A3)/2，則得到高限 H = (ΜΙΝ0+ΜΑΧ0)/2+INDEX*STEP ；(4)報警限修正考慮到很多數(shù)據(jù)分布滿足一個正態(tài)分布的規(guī)律，如果在統(tǒng)計計算時報警限重疊在一起，高高報和高報限相差很小，而且最大最小值的中間值和算術(shù)平均值也比較接近的話，需要使用第一種算法計算的結(jié)果重新計算高報和高高報限；當(dāng)本次計算得到的報警限相比歷史報警限相差很大，則需要結(jié)合數(shù)據(jù)情況具體分析決定是否采用本次計算結(jié)果；在報警限信息計算完畢之后，需要對該計算得到的報警限和每個限的頻度進(jìn)行存儲， 供下個大周期的計算使用。
全文摘要
一種基于工業(yè)過程數(shù)據(jù)的報警限自學(xué)習(xí)系統(tǒng)的方法，屬于工業(yè)制造業(yè)自動化技術(shù)領(lǐng)域。將數(shù)據(jù)根據(jù)不同的算法規(guī)則分成不同的區(qū)間，然后按照一定周期計算數(shù)據(jù)累計量和數(shù)據(jù)落在每個區(qū)間的頻度值，然后按照這個周期持續(xù)運行，直到一個大的周期的結(jié)束計算得到整個大周期的累計值和每個區(qū)間的數(shù)據(jù)分布情況，然后可以使用算法根據(jù)累計數(shù)據(jù)和頻次數(shù)據(jù)計算報警限信息。優(yōu)點在于，解決了人工方式設(shè)定報警限的局限性，實現(xiàn)在線計算報警限的方法。
文檔編號G06Q10/04GK102509174SQ20111033975
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月1日
發(fā)明者于立業(yè), 孫彥廣, 徐化巖, 李勇 申請人:冶金自動化研究設(shè)計院